热电合供汽轮机简称供热式汽轮机,它是指同时承担供热(蒸汽或热水)和发电两项任务的汽轮机。由于这种汽轮机的全部排气或已经做过部分功的抽气不再排入凝汽器,即排气或抽气的热量不再被冷却水带走,而是供给热用户加以利用,因而热电联合生产装置的热效率都比较高。为了保证供给用户一定数量和质量的电能和热能,供热汽轮机的调节系统除具有一般凝汽式汽轮机的转速自动调节功能外,还具有供热蒸汽压力的自动调节功能。
1.背压式汽轮机
排气压力大于大气压力的汽轮机称为背压式汽轮机。排气可用于供热或供给原有中、低压汽轮机以代替老电厂的中、低压锅炉。当背压式汽轮机用于供给原有中、低压汽轮机以代替老电厂的中、低压锅炉时,又被称为前置式汽轮机,这样不但可以增加原有电厂的发电能力,而且可以提高原有电厂的热经济性。供热用背压式汽轮机的排气压力设计值视不同供热目的而定;前置式汽轮机的背压常大于5MPa,视原有机组的蒸汽参数而定。排气在供热系统中被利用之后凝结为水,再由水泵送回锅炉作为给水。一般供热系统的凝结水不能全部回收,需要补充给水。
背压式汽轮机发电机组发出的电功率由热负荷决定,因而不能同时满足热、电负荷的需要。背压式汽轮机一般不单独装置,而是和其他凝汽式汽轮机并列运行,由凝汽式汽轮机承担电负荷的变动,以满足外界对电负荷的需要。前置式汽轮机的电功率由中、低压汽轮机所需要的蒸汽量决定。利用调压器来控制进气量,以维持其排气压力不变;低压机组则根据电负荷需要来调节本身的进气量,从而改变前置式汽轮机的排气量。因此,不能由前置式汽轮机直接根据电负荷大小来控制其进气量。
由于供热背压式机组的发电量取决于热负荷大小,宜用于热负荷相对稳定的场合,否则应采用调节抽气式汽轮机。
背压式汽轮机的排气压力高,蒸汽的焓降较小,与排气压力很低的凝汽式汽轮机相比,发出同样的功率,所需蒸汽量为大,因而背压式汽轮机每单位功率所需的蒸汽量大于凝汽式汽轮机。但是,背压式汽轮机排气所含的热量绝大部分被热用户所利用,不存在冷源损失,所以从燃料的热利用系数来看,背压式汽轮机装置的热效率比凝汽式汽轮机高。由于背压式汽轮机可通过较大的蒸汽流量,前几级可采用尺寸较大的叶片,所以内效率比凝汽式汽轮机的高压部分高。
在结构上,背压式汽轮机与凝汽式汽轮机的高压部分相似。背压式汽轮机多采用喷嘴调节配气方式,以保证在工况变动时效率改变不大。因背压机常用于热负荷较稳定的场合,一般采用单列冲动级作为调节级。
2.背压式汽轮机的调节(www.daowen.com)
背压式汽轮机对外既供电又供热,因此它的调节系统除了应满足供电的数量和质量要求外,还应满足供热的数量和质量的要求。
当机组按电负荷运行时,整个系统由调速器控制,机组进气量(调节阀开度)由电负荷大小确定,因此当电负荷改变时,调节系统的动作过程和一般凝汽式汽轮机组完全相同。这种运行方式下,热负荷改变或因电负荷改变而引起的供热蒸汽压力变动,只能依靠和背压式汽轮机并接在同一热管道上的其他设备来调节。
当机组按热负荷运行时,此时机组并入电网,调速器集电环由同步器控制处于固定位置(即外界负荷变化机组转速变化不能引起集电环移动),而调节器根据机组排气(即提供蒸汽)压力的变化来控制进气量。若热用户用气量增加,引起供热压力下降,调压器滑阀活塞在弹簧力作用下下移,通过杠杆(以调速器集电环为支点)使错油门活塞下移,打开油动机上、下部油流通道,开大调节阀,增加进气量,使供热蒸汽压力重新稳定,从而满足热用户耗气量增大的需要。在这种运行方式下,背压机组热负荷的变化,必然引起供电负荷的改变,这只能由与该背压机组并网运行的其他机组来平衡或调节了。
由上可见,按热负荷运行时,背压机组的调节系统即成为一单纯的压力自动调节系统,在各种不同的稳定工况下,热负荷越大,调节阀开度越大,调压器滑阀的位置也越低;而较低的滑阀位置所对应的供热蒸汽压力也低。可见,背压机组的压力调节同转速调剂一样也是有差的,热负荷越大,供热蒸汽压力越低。
供热蒸汽量与供热压力间的关系,称为压力调节系统的静态特性,若用曲线表示,则称为压力调节系统的静态特性曲线。该曲线的绘制方法与凝汽式汽轮机转速调节系统的静态特性曲线相类似。
当机组突然甩去电负荷并自电网中解列时,转速将迅速增高,调速器集电环上移,并通过错油门和油动机关小调节阀,防止转速过分增大。但因此时背压同时下降,调压器滑阀也下移,通过错油门和油动机开大调节阀。调压器的这种作用称为“反调”。显然调压器的这种反调作用,增加了调速器在甩负荷后控制转速的负担,使最高飞升转速和稳定后的转速高于不投调压器的数值。现在新的机组采用了电超保护来限制调速,这种电超保护的作用类似于加速器,当机组甩负荷时,它能暂时关闭调节阀,当汽轮机转速降到额定转速附近再打开维持汽轮机空转。
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